Se, como os astrônomos acreditam, as mortes de grandes estrelas deixam buracos negros, deve haver centenas de milhões deles espalhados por toda a Via La¡ctea. O problema éque buracos negros isolados são invisa­veis.

Agora, uma equipe liderada por astrônomos da Universidade da Califa³rnia, Berkeley, descobriu pela primeira vez o que pode ser um buraco negro flutuante ao observar o brilho de uma estrela mais distante quando sua luz foi distorcida pelo forte campo gravitacional do objeto - então -chamado microlente gravitacional.

A equipe, liderada pelo estudante de pós-graduação Casey Lam e Jessica Lu, professora associada de astronomia da UC Berkeley, estima que a massa do objeto compacto invisível esteja entre 1,6 e 4,4 vezes a do sol. Como os astrônomos pensam que o remanescente de uma estrela morta deve ser mais pesado que 2,2 massas solares para se transformar em um buraco negro, os pesquisadores da UC Berkeley alertam que o objeto pode ser uma estrela de naªutrons em vez de um buraco negro. As estrelas de naªutrons também são objetos densos e altamente compactos, mas sua gravidade éequilibrada pela pressão interna de naªutrons, o que evita um colapso ainda maior em um buraco negro.

Seja um buraco negro ou uma estrela de naªutrons, o objeto éo primeiro remanescente estelar escuro - um "fantasma" estelar descoberto vagando pela gala¡xia sem par com outra estrela.

"Este éo primeiro buraco negro flutuante ou estrela de naªutrons descoberto com microlente gravitacional ", disse Lu. "Com a microlente, podemos sondar esses objetos solita¡rios e compactos e pesa¡-los. Acho que abrimos uma nova janela para esses objetos escuros, que não podem ser vistos de outra maneira."

Determinar quantos desses objetos compactos povoam a Via La¡ctea ajudara¡ os astrônomos a entender a evolução das estrelas osem particular, como elas morrem ose de nossa gala¡xia, e talvez revelar se algum dos buracos negros invisa­veis são buracos negros primordiais , que alguns os cosma³logos pensam que foram produzidos em grandes quantidades durante o Big Bang.

A análise de Lam, Lu e sua equipe internacional foi aceita para publicação no The Astrophysical Journal Letters. A análise inclui quatro outros eventos de microlente que a equipe concluiu que não foram causados ​​por um buraco negro, embora dois provavelmente tenham sido causados ​​por uma anãbranca ou uma estrela de naªutrons. A equipe também concluiu que a população prova¡vel de buracos negros na gala¡xia éde 200 milhões osaproximadamente o que a maioria dos teóricos previu.

Notavelmente, uma equipe concorrente do Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore analisou o mesmo evento de microlente e afirma que a massa do objeto compacto estãomais próxima de 7,1 massas solares e, indiscutivelmente, um buraco negro. Um artigo descrevendo a análise da equipe STScI, liderada por Kailash Sahu, foi aceito para publicação no The Astrophysical Journal .

Ambas as equipes usaram os mesmos dados: medições fotomanãtricas do brilho da estrela distante a  medida que sua luz era distorcida ou "lente" pelo objeto supercompacto e medições astromanãtricas da mudança da localização da estrela distante no canãu como resultado de a distorção gravitacional pelo objeto da lente. Os dados fotomanãtricos vieram de dois levantamentos de microlentes: o Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), que emprega um telesca³pio de 1,3 metros no Chile operado pela Universidade de Varsãovia, e o experimento Microlensing Observations in Astrophysics (MOA), que émontado em um telesca³pio de 1,8 metros. telesca³pio metro na Nova Zela¢ndia operado pela Universidade de Osaka. Os dados astromanãtricos vieram do Telescópio Espacial Hubble da NASA. O STScI gerencia o programa cienta­fico do telesca³pio e conduz suas operações cienta­ficas.

Como ambas as pesquisas de microlente capturaram o mesmo objeto, ele tem dois nomes: MOA-2011-BLG-191 e OGLE-2011-BLG-0462, ou OB110462, para abreviar.

Enquanto pesquisas como essas descobrem cerca de 2.000 estrelas iluminadas por microlentes a cada ano na Via La¡ctea, a adição de dados astromanãtricos éo que permitiu que as duas equipes determinassem a massa do objeto compacto e sua distância da Terra. A equipe liderada pela UC Berkeley estimou que estãoentre 2.280 e 6.260 anos-luz (700-1920 parsecs) de distância, na direção do centro da Via La¡ctea e perto da grande protubera¢ncia que circunda o buraco negro macia§o central da gala¡xia.

O grupo STScI estimou que fica a cerca de 5.153 anos-luz (1.580 parsecs) de distância.

Lu e Lam se interessaram pelo objeto pela primeira vez em 2020, depois que a equipe do STScI concluiu provisoriamente que cinco eventos de microlente observados pelo Hubble - todos os quais duraram mais de 100 dias e, portanto, poderiam ter sido buracos negros - podem não ser causados ​​por objetos compactos afinal.

Lu, que procura buracos negros flutuantes desde 2008, pensou que os dados a ajudariam a estimar melhor sua abunda¢ncia na gala¡xia, que foi estimada entre 10 milhões e 1 bilha£o. Atéo momento, buracos negros do tamanho de estrelas foram encontrados apenas como parte de sistemas estelares binários. Buracos negros em binários são vistos em raios-X, produzidos quando o material da estrela cai no buraco negro, ou por detectores de ondas gravitacionais recentes, que são sensa­veis a  fusão de dois ou mais buracos negros. Mas esses eventos são raros.

"Casey e eu vimos os dados e ficamos muito interessados. Dissemos: 'Uau, sem buracos negros. Isso éincra­vel', mesmo que devesse ter havido", disse Lu. "E então comea§amos a olhar para os dados. Se realmente não houvesse buracos negros nos dados, então isso não corresponderia ao nosso modelo de quantos buracos negros deveriam existir na Via La¡ctea. Algo teria que mudar em nosso compreensão dos buracos negros - seja seu número ou quanto rápido eles se movem ou suas massas."

Quando Lam analisou a fotometria e a astrometria dos cinco eventos de microlente, ela ficou surpresa que um deles, OB110462, tinha as caracteri­sticas de um objeto compacto: o objeto de lente parecia escuro e, portanto, não era uma estrela; o brilho estelar durou muito tempo, quase 300 dias; e a distorção da posição da estrela de fundo também foi duradoura.

A duração do evento de lente foi a principal dica, disse Lam. Em 2020, ela mostrou que a melhor maneira de procurar microlentes de buracos negros era procurar eventos muito longos. Apenas 1% dos eventos de microlentes detecta¡veis ​​são provavelmente de buracos negros, disse ela, então olhar para todos os eventos seria como procurar uma agulha no palheiro. Mas, calculou Lam, cerca de 40% dos eventos de microlentes que duram mais de 120 dias provavelmente são buracos negros.

“A duração do evento de brilho éuma dica de quanto massiva éa lente de primeiro plano que dobra a luz da estrela de fundo”, disse Lam. "Eventos longos são mais prova¡veis ​​devido a buracos negros. Nãoéuma garantia, no entanto, porque a duração do episãodio de brilho não depende apenas da massa da lente de primeiro plano, mas também da velocidade com que a lente de primeiro plano e a estrela de fundo estãose movendo em relação No entanto, obtendo também medições da posição aparente da estrela de fundo, podemos confirmar se a lente do primeiro plano érealmente um buraco negro."

De acordo com Lu, a influaªncia gravitacional de OB110462 na luz da estrela de fundo foi incrivelmente longa. Demorou cerca de um ano para a estrela clarear ao ma¡ximo em 2011, depois cerca de um ano para escurecer de volta ao normal.

Para confirmar que OB110462 foi causado por um objeto supercompacto, Lu e Lam pediram mais dados astromanãtricos do Hubble, alguns dos quais chegaram em outubro passado. Esses novos dados mostraram que a mudança na posição da estrela como resultado do campo gravitacional da lente ainda éobserva¡vel 10 anos após o evento. Outras observações do Hubble da microlente estãoprogramadas para o outono de 2022.

A análise dos novos dados confirmou que OB110462 era provavelmente um buraco negro ou estrela de naªutrons.

Lu e Lam suspeitam que as conclusaµes divergentes das duas equipes se devem ao fato de que os dados astromanãtricos e fotomanãtricos fornecem medidas diferentes dos movimentos relativos dos objetos em primeiro plano e em segundo plano. A análise astromanãtrica também difere entre as duas equipes. A equipe liderada pela UC Berkeley argumenta que ainda não épossí­vel distinguir se o objeto éum buraco negro ou uma estrela de naªutrons, mas eles esperam resolver a discrepa¢ncia com mais dados do Hubble e análises aprimoradas no futuro.

"Por mais que queiramos dizer que édefinitivamente um buraco negro, devemos relatar todas as soluções permitidas. Isso inclui tanto buracos negros de menor massa quanto possivelmente atéuma estrela de naªutrons", disse Lu.

"Se vocênão consegue acreditar na curva de luz, no brilho, isso diz algo importante. Se vocênão acredita na posição versus o tempo, isso diz algo importante", disse Lam. "Então, se um deles estiver errado, temos que entender o porquaª. Ou a outra possibilidade éque o que medimos em ambos os conjuntos de dados estãocorreto, mas nosso modelo estãoincorreto. Os dados de fotometria e astrometria surgem do mesmo processo fa­sico, o que significa que o brilho e a posição devem ser consistentes entre si. Portanto, hálgo faltando la¡."

Ambas as equipes também estimaram a velocidade do objeto de lente supercompacto. A equipe de Lu/Lam encontrou uma velocidade relativamente calma, inferior a 30 quila´metros por segundo. A equipe STScI encontrou uma velocidade incomumente grande, 45 km/s, que interpretou como resultado de um chute extra que o suposto buraco negro recebeu da supernova que o gerou.

Lu interpreta a estimativa de baixa velocidade de sua equipe como potencialmente apoiando uma nova teoria de que os buracos negros não são o resultado de supernovas - a suposição reinante hoje -, mas vão de supernovas fracassadas que não fazem um respingo brilhante no universo ou da£o o resultado preto. buraco um chute.